觀察電動機不同狀態時的電流電壓演示器的制作*

付金喜

(天津經濟技術開發區第二中學 天津 300457)

觀察電動機不同狀態時的電流電壓演示器的制作*

付金喜

(天津經濟技術開發區第二中學 天津 300457)

自制教具“觀察電動機不同狀態時的電流電壓演示器”是根據高中物理教材上的一個簡圖制作而成，該教具具有現象明顯、攜帶和使用方便、解釋生產生活現象直觀的特點.

電動機 電壓 電流 有載 空載

1 引言

高中教材《物理·選修3-2》第四章“電磁感應”第四節“法拉第電磁感應定律”第17頁“做一做”欄目給出了觀察電動機啟動過程中電流的變化電路圖.該電路圖只是教材上的一個普通參考圖，在以往的教學中，都是一帶而過，不做過多介紹.該圖是將小電動機通過開關、電流表接到直流電源上，用來演示說明電動機啟動時和正常工作時的電流不同，即啟動電流較大，正常工作時的電流要小；有載時和空載時的電流不同，即有載時電流較大，空載時電流較小.在此基礎上，筆者又略加創新性的改動，在小電動機兩端加上了電壓表，電路圖如圖1所示，進而能讓學生觀察有載時和空載時電動機兩端的電壓不同，即空載時電壓較大，有載時電壓變小.

圖1 演示器電路連接圖

為了拓展學生的知識，增加學生的理性認識，將該電路中的相關元件固定安裝在板子上，做成了自制教具，體現了教具的整體性，可以長期保存、方便使用，進而挖掘和拓展了實驗資源.

2 設計制作

2.1原理

(1)啟動電流與堵轉電流

電動機的起動電流最大值出現在接通電源后瞬間，隨著時間的推移而減小.因此，啟動電流要大于正常工作電流.一般來說，起動電流是電動機額定電流的3～8倍不等，堵轉電流是額定電流的1.2倍左右.對于一個固定的電動機，堵轉電流數值上是不變的.

(2)有載電流與空載電流的不同

從能量守恒的角度：

空載時，輸入功率UI=電機的機械損耗.

有載時，輸入功率UI=電機的機械損耗+負載吸收的功率.

明顯有載輸入功率大于空載，而電機電壓一定，電流當然有載的要大.

(3)有載時與空載時電動機兩端電壓的不同

空載時電機中和串聯電路中電流較小，所以電動機兩端電壓較大，接近電源電壓，有載時電機中和串聯電路中電流較大，所以電動機兩端電壓較小.

2.2制作使用的材料

木板(420 mm×400 mm)1塊,小電動機1個,電壓表1塊,電流表1塊,單刀開關1個,導線若干,木螺釘4個,黑色橡膠托4個,拉手2個,定滑輪1個.

2.3制作方法

(1)將以上器材按照電路圖固定在木板上，底部走連接線.

(2)使用手電鉆、木螺釘將電路板與相同面積的底托固定，這樣一來，連接線都處于底托內，既保護了導線，又起到美觀牢固的效果.

(3)教具兩側安裝拉手，方便搬拿.

(4)在該自制教具外側邊固定安裝定滑輪1個.

制作完成的演示器如圖2～4所示.

圖2 演示器正面外觀圖

圖3 演示器左側面外觀圖

圖4 演示器右側面外觀圖

3 操作步驟

(1)接上6 V直流電源，如圖5所示.閉合開關S,觀察此時電動機啟動過程中電流表讀數的變化和電壓表讀數的變化.

圖5 連接上外接直流電源

電流表：啟動時的最大電流約為0.26 A,正常工作時的電流約為0.12 A，如圖6和圖7所示.

電壓表：電壓固定不變，為6 V.

圖6 電動機接通電源后瞬間的啟動電流為0.26 A

圖7 電動機穩定工作后的電流值為0.12 A

(2)接上6 V直流電源，閉合開關S,比較電動機在有載(在小電機的轉子上系上繩子，繩子放在滑輪上，繩子另一端掛小鉤碼，如圖8所示)和空載情況下的電流表和電壓表讀數的變化.

圖8 該自制教具的小電機轉子上帶負載

電流表：有載時電流較大(圖9)，空載時電流較小.

電壓表：空載時電壓表示數約為電源電壓6 V(圖10)，有載時電壓變小，約為5 V(圖11).

圖9 電動機有載工作時電流表示數較大圖

圖10 電動機啟動瞬間和穩定后，電壓表示數均為6 V

圖11 電動機有載時電壓表的示數

4 生產生活應用聯系

通過該自制教具的演示，可以解釋在實際生產生活中的各種例子.生產中的碾米機、抽水機電機負載加重時導致轉速減慢、電流增大，甚至停轉時容易燒毀電機；生活中的電風扇、洗衣機堵轉時，產生的堵轉電流極其大，容易燒壞電機.

MakingaDemonstratortoObservetheElectricCurrentandVoltageofElectromotorinDifferentWorkingStatus

Fu Jinxi

(Teda No.2 Middle School,Tianjin 300457)

The self-made teaching aid——a demonstrator of electric current and voltage which can observe the electric motor on different working status——is made based on a schematic diagram from the high school physics textbook. This teaching aid has many advantages: It shows the physical phenomenon obviously; it’s easy to carry and use; it can explain the phenomenon in industrial production as well as personal life intuitively.

electric motor; voltage; electric current; on-load; no-load

2017-03-22)

**天津市教育科學“十三五”規劃課題“物理校本特色教學資源庫的開發與構建研究”階段成果之一,項目編號：BE3198

付金喜(1977- )，男，碩士，中教一級，從事中學物理實驗研究工作.